示波器的正确使用

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1、北 京 市 公 交 技 工 学 校专业理论课教案（首页） 授课章节名称3-6-9示波器的正确使用审批签字授课班级零四级十二班授课时数5授课时间5.26（12）、（57）授课方法讲授教具课件、多媒体、实物等教学目的和要求1、 了解示波器工作原理2、 初步掌握示波器的使用方法。教学重点与难点握示波器的使用方法作业工作页制订教师赵 超 越教学内容及步骤一、 复习引入二、 新课讲授三、 课上小结四、 布置作业教学后记授课内容授课方法示 波 器 示波器是一种直接显示电压或电流变化规律的电子仪器，利用它可以直观地观察被测电信号的变化规律及变化过程，因此它有着广泛的应用领域，在电工测量中占有很重要的地位。示

2、波器的种类很多，这里仅介绍最常用的通用示波器的基本知识。 通过课学习，要求了解示波器的结构及工作原理，掌握示波器的使用和维护方法。一、示波器的结构和工作原理 （一）示波器的结构 1、示波器的基本组成 示波器由示波管、扫描信号发生器、垂直放大器(或称y轴放大器)、水平放大器(也称X轴放大器)和电源五部分构成，如图81所示。其各部分作用如下： (l)示波管 它是一种电光转换器件，它用阴极发射的电子轰击涂在屏幕上的荧光物质使其发光。当电子被聚焦加速成很细的电子束时，就在荧光屏上形成一个直径很小的光点；当被测信号作用于示波管中的偏转电极时，电子束就随被测信号而移动，此时由于荧光屏的余辉效应，就在荧光屏

3、上形成一条反映被测信号变化规律的曲线(称为波形图)。 (2)扫描信号发生器 也称为时基(即时间基准)信号发生器。它是用来产生二个随时间变化的线性电压，经水平放大器放大后，作用于示波管的水平电极，使示波管荧光屏上形成一条水平直线。这条线被称为基线。这一扫描电压完成一个周期变化所需的时间，被用来作为比较被测信号周期的标准，所以这一扫描电压也称为时基信号。 (3)垂直放大器用来放大或者衰减被测信号电压，使它变换成合适的电压送到垂直水平偏转极板上，产生满足观测要求的垂直偏转，提高垂直偏转灵敏度。 (4)水平放大器 用来放大或者衰减扫描信号或外加信号电压，使它变换成合适的电压送到水平偏转极板上，产生满足

4、观测要求的水平偏转，提高水平偏转灵敏度： (5)电源 为各部分电路及示波管提供电能。 2示波管的结构示波器是利用示波管把被测电信号转换为光信号并将其在示波管的荧光屏上显示出来的仪器。了解了示波管的结构、原理及性能，对整个，示波器的工作原理就比较容易掌握了。示波管的结构和原理如图82所示。它包含电子枪、偏转板、荧光屏三个部分。 (1)电子枪 由灯丝1、阴极2、控制栅极3、第一阳极4和第二阳极5构成。灯丝通电后发热，使涂有氧化物的阴极发热并使阴极发射电子。阴极发射出的电子经第一阳极和第二阳极加速并聚焦，变成一束直径很细并具有一定速度的电子束；这个电子束再经加速阳极(通常加高压)加速而获很高的速率(

5、能量)，最后轰击在荧光屏上。电子枪中的控制栅极接负压(相对于阴极)。使阴极发射出来的电子不能全部变成轰击荧光屏的电子束。调节这个负压的大小，可以控制电子束的强度(电子数量)，也可以控制荧光屏上光点的辉度(亮度)o当这个负压足够大时，电子束的电子数目将很少，荧光屏上的光点就不亮了。示波器面板上调节“辉度”的旋钮，就是控制栅极负压大小的电位器。第一阳极和第二阳极的电位很高(相对于阴极)，且第二阳极的电位比第一阳极要高8003000V左右。它们的作用除加速阴极发射电子外，还具有对电子束聚焦的作用，使电子束很细，并具有一定的速度。 (2)荧光屏 它是示波器的显示部分。它的外壳是一个圆筒状的玻璃管，管颈

6、前半部细长，后半部成漏斗状；玻璃管内抽成真空，内壁涂有荧光物质，在高速电子的轰击下可以发光，其发光的强弱决定于电子束的电子数量和速度(能量)。为了增加电子束的能量，一般在示波管的锥体部分加有一个加速阳极，其所接电压一般都很高，约9kV以上，它可以使通过偏转板之后的电子束迅速加速，以更大的能量轰击荧光物质，增加光点的亮度。荧光屏发光的颜色由荧光物质所决定，通常有绿、蓝、白等颜色。(3)偏转板 由两对相互垂直的极板构成，其中决定电子束在垂直方向偏转的极板称为垂直偏转板，而使电子束在水平方向偏转的极板称为水平偏转板。电子束从第二阳极穿出后就依次通过这两对偏转板，电子束经偏转板后，其偏转角度与偏转板上

7、电压的大小有关。电子束偏转原理如图83所示。（二）示波器的工作原理 如果偏转电压Ud为一定值的直流电压，那么光点将停留在荧光屏上某点P；但当Ud是一个随时间变化的交流电压时，光点将按照Ud的变化规律在荧光屏上作直线运动，如图84所示。例如，如果将一正弦交流电压加在垂直偏转板上，则荧光屏上光点的运动将按正弦交流电压的规律在荧光屏上上下下往复运动(类似于简谐振动)。其运动的最大幅度与偏转电压Ud的最大值成正比，这样可以确定垂直方向单位长度所代表的电压值的大小。如果正弦交流电压的频率较高(几十赫兹以上)，则光点的上下运动很快，用肉眼所看到的就是一根垂直亮线。 可以想象，如果电子束同时在垂直和水平两对

8、偏转极板的作用下，那么必然同时产生垂直方向和水平方向的偏转运动，光点在荧光屏上运动的轨迹就必然同时满足两个偏转电压的变化规律。对于示波器来说，要在荧光屏上观测的波形通常是被测信号随时间变化的规律。也就是说，示波器水平方向的偏转电压必须能反映时间间隔标准，以获得相对于时间的变化规律被测信号的波形图。由于锯齿电压对时间间隔具有线性变化规律，所以示波器的水平方向偏转电压通常用锯齿波电压。这个电压也称为扫描电压或时基信号。 有了这个扫描电压，就可以在屏上对波形图进行分析了。例如，当水平偏转板上加锯齿波电压，而垂直偏转板上加正弦交流电压，两个电压的频率相等时，就可以得到图85的波形图。根据垂直方向单位长

9、度所代表的电压值，可以通过读出光点轨迹在垂直方向的最大幅度而得出垂直偏转板上的电压最大值；根据水平方向单位长度所代表的扫描时间间隔，就可以通过读出光点轨迹在水平方向上完成一个周期的长度，而获得垂直偏转电压的周期和频率。从图85中可以看出，要在荧光屏上得到一个完整、稳定的正弦波的前提条件是：被测波形与锯齿波扫描电压的频率相同或与扫描频率成整数倍；被测信号与扫描电压同相位(或相位相反）。也就是说，被测信号与扫描信号必须同步才能获得稳定的波形图。在实际测量中，由于被测信号与扫描电压不可能完全同步，即使获得暂时的同步，也会因被测信号频率及相位的变化或因电源电压波动等因素影响而破坏已调整好的同步关系。因

10、此，示波器中一般多利用被测信号去触发扫描电压的方法，使得扫描电压与被测信号在一定范围内保持同步关系。这种扫描被称为触发扫描。从图81可以看出，可从垂直放大器中取出部分被测信号送到扫描发生器中，作为触发同步信号，以获得稳定的波形图。 示波器不仅能观测被测信号对时间变化的波形，还能观测被测信号对另一信号变化的波形。此时不需要扫描信号，应把另一信号经水平放大器接至示波管水平偏转板。如用示波器观测李沙育图形，显示出的就是被测正弦交流电压对同频(或倍频)的另一个正弦交流电压变化的波形。又如利用示波器观测铁磁材料的磁滞回线，显示的曲线是磁感应强度B相对磁场强度的变化规律。二、示波器的使用方法 下面以上海无

11、线电二十一厂生产的XJ17型通用示波器为例，介绍电子示波器的使用及维护方法。 （一）17型示波器简介 1XJ17型示波器面板介绍 一17型示波器是SBT5型(电子管)同步示波器的换代产品。其面板结构如图8-6所示。其主要旋钮、转换开关的作用如下： (1) “AC一DC”开关是被测信号送至示波器输入耦合方式的选择开关。置“DC时，能通过含有直流分量的输入信号；置“AC时，只能通过交流信号；置于“”时，输人端接地。 (2) “Vcm微调 是灵敏度选择旋钮(黑色)，其上还装有一个红色旋钮，是输入灵敏度微调旋钮。其中：灵敏度选择旋钮从001Vcm 5Vem，分为9个挡级；红色微调旋钮可以有2.5倍的微

12、调范围。右旋钮旋到底时为标准位置。 (3)“”旋钮是Y轴(垂直方向)位移调节旋钮，其作用是调节光迹在垂直方向上的位置。 (4) “y输入”插座的作用是通过输入探头引入被测信号。 (5) “自动、触发”开关(船形开关)是触发方式选择开关。一般置于“触发”位置；如果需要测量频率较低的信号时，则放在“自动”位置。 (6) “+、-”开关为触发极性开关，是选择触发信号的上升部分或下降部分来对扫描信号进行触发的控制开关。在“+”挡时，用触发信号的上升部分；在“-”时，用触发信号的下降部分o (7)“内、外”开关是触发源选择开关。在“内”位置时，触发信号取自y轴输入信号；在“外”位置时，触发信号取自由“X

13、触发”输入端输入的外触发信号。 (8)“AC、DC开关是“X，触发”输入端耦合方式选择开关，其作用与(1)类似。 (9) “X，触发”插座是外触发信号和X(水平方向)外接触信号共用的输入插座，受“tcm”旋钮控制。当“tcm”旋钮置于扫描时，该插座可以作为触发信号输入。此时，“触发源选择”开关应置于“外”位置。当“tcm”旋钮置于“外X”时，该插座作为X轴(水平方向)的信号输入端，其耦合方式由“AC、DC”开关选择。 (10) “tcm”微调是扫描速度选择开关(黑色)，可以从0.2ps/cm1scm分21挡级；(符合l 2、5进制关系)，其上的红色旋钮为微调旋钮，可以使扫描速度有2.5倍的变化

14、范围。右旋到底时为标准位置。 (11) “”旋钮是X轴(水平方向)位移调节旋钮，其作用是调节水平方向上光迹的位置。 (12) “拉一电源开”旋钮是电源开关及光点辉度(亮度)调节旋钮；该旋钮处于拉出的位置时，电源接通。处于按的位置时，电源断开。当电源接通时，沿顺时针方向旋转该旋钮光迹辉度逐渐增加。 (13)图819是聚焦旋钮。调节该旋钮可以使光点的直径小于lmm，即使光点聚焦良好。注意，在仪器的右侧面还设有“辅助聚焦”电位器，当调节聚焦旋钮不能使光点聚焦良好时。可以用小改锥调节“辅助聚焦”电位器使光点有良好的聚焦。另外，有的示波器以及有示波管显示的专用仪器的辅助聚焦旋钮设置在面板上。 (14)图

15、820是标尺亮度旋钮。调节该旋钮可以使标尺具有一定的亮度，以便于准确地读数。 (15)图821的“电平”旋钮是调节触发灵敏度的旋钮。当示波管荧光屏上显示的波形不稳定或紊乱时(即触发不良)，调节该旋钮，可以使显示的波形稳定。 2XJ-17型示波器的使用方法 (1)在开启电源开关之前，应将r输入耦合开关置于“上”位置，使y轴输入对地短路，将“vcm置于最大“5”位置，“tcm置于“外X”位置。将辉度旋钮“拉一电源开”旋钮逆时针旋到底。然后开启“拉一电源开”电源开关，电源指示灯应亮。预热几分钟后，调节“拉一电源开”旋钮(此时为辉度调节)，荧光屏上应出现光点(注意应使光点亮度适中)。如荧光屏上没有出现光点，可调“”或“与”旋钮，使光点出现在荧光屏中间。 (2)调节聚焦旋钮，使光点成为一个直径不大于lmm的小点。如不能达到此要求，可用小改锥调节在仪器右侧后部上方的“辅助聚焦”电位器，使光点聚焦良好。然后调节标尺亮度旋钮，使标尺亮度